Determinación del módulo de elasticidad mediante interferometría holográfica digital

N. BALDUCCI; N. BUDINI; F. M. VINCITORIO

Buenos Aires

Encuentro; Taller de Óptica y Fotónica y Encuentro de Estudiantes de Fotónica y Óptica; 2016

El módulo de elasticidad es un parámetro fundamental de los materiales en estado sólido, que mide el grado de rigidez elástica de los mismos o su resistencia a la deformación al ser sometidos a esfuerzos. Para muchos materiales metálicos, la deformación es una función lineal del esfuerzo dentro del rango denominado elástico (es decir, aquél donde es válida la ley de Hooke). En este rango, la constante de proporcionalidad entre esfuerzo y deformación se relaciona con las características físicas del material (básicamente con sus dimensiones) ycon el módulo de elasticidad. Por lo tanto, aplicando esfuerzos conocidos a cierto material y midiendo la deformación producida se puede conformar un gráfico esfuerzo vs. deformación y extraer el módulo de elasticidad buscado mediante un ajuste de los datos experimentales. Para este propósito, la técnica de interferometría holográfica digital (IHD) resulta sumamente útil. La misma se basa en la obtención y comparación de imágenes holográficas del objeto bajo estudio, de lo cual se pueden determinar variaciones de fase debidas a cambios en el camino óptico recorrido por la luz. Esto permite realizar ensayos no destructivos de diversos materiales para determinar la existencia de deformaciones con una precisión que puede llegar hasta fracciones de la longitud de onda utilizada. Es decir, aplicando esfuerzos muy pequeños se pueden producir deformaciones fácilmente medibles con IHD. En el presente este trabajo implementamos la técnica de IHD para determinar el módulo de elasticidad de una pieza delgada de aluminio sometida a esfuerzos de flexión, al actuar ésta en configuración de cantiléver. Los resultados fueron comparados con valores teóricos obtenidos de la literatura y por simulación mediante elementos finitos, lográndose un muy buen acuerdo con ellos. Si bien en este trabajo se implementó la técnica de IHD para obtener el módulo de elasticidad de un objeto macroscópico, el mismo esquema experimental puede adecuarse para lacaracterización de objetos microscópicos como, por ejemplo, aquellos que conforman dispositivos o sistemas microelectromecánicos (MEMS).